轉化腦電信號 分析解碼關鍵
研究腦機接口技術,不得不提作為技術基礎的腦電信號研究。華北某科研單位的一名資深心理學科學家向本報表示,腦機技術原理是通過一些傳感器或設備記錄人類大腦發出的電信號,並將這些信號轉化為數碼信號,通過電腦分析、處理,最終控制外部設備的運動。
腦電技術(Electroencephalography, EEG)近年來被廣泛應用於心理學研究中,保障了心理學研究的科學性和客觀性。EEG是一種非侵入性的電生理監測方法,通過電極捕捉大腦皮層神經元群的同步突觸後電位活動,並將這些電信號放大、濾波、數碼化處理後記錄下來。
葉子(化名)參與過多項大型腦電實驗研究,她稱腦電信號的頻率、波幅、波形、位相、分佈等特徵可反映大腦不同狀態和功能。腦電技術通過記錄電位變化,反映大腦神經元群的同步活動,廣泛應用於醫學診斷、神經科學研究等領域。
其中事件相關電位(ERP)則是一種特殊的EEG成分,它與特定的感覺、認知或運動事件緊密相關。
ERP技術被廣泛應用於癲癇、腦退化疾病的診斷。通過分析ERP波形,醫生可以早期發現這些疾病,並制定相應的治療計劃。而腦機之間可以互動,腦機接口技術甚至直接調控干預神經核團,正用於腦部疾病試驗治療,例如柏金遜症、抑鬱症等。
若要做複雜的腦控制機器操作,採集腦電信號後,利用機器學習模型等解碼信號是更關鍵的第二步,這需要強大的計算能力,否則解析的腦電信號會偏離用戶真實意圖。
目前腦機接口技術路線大致可分為3種:侵入式、非侵入式以及半侵入式。
日前出席國際腦機接口大會的中國科學院上海微系統所副所長陶虎解釋,侵入式腦機接口的優勢是電極與大腦的神經元近距離接觸,能進行高通量、高質量的神經信號採集,但組織損傷、炎症反應等風險較高;非侵入式腦機接口技術風險很低,但能夠提取的大腦信號精度較低,能完成的功能受限。
不過,非侵入式腦機接口設備也基於安全、易用特性,商業化場景潛力巨大,除了改善睡眠,也廣泛應用於殘障人士輔助設備領域。北京科企小水智能研發的智能輪椅,通過可穿戴腦控套件,用戶可「腦控」輪椅的多方位行動。